Датчик касания Советский патент 1992 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения размеров обрабатываемой детали при механообработке на металлорежущих станках, для измерения размеров заготовок и готовых изделий.

Известен датчик касания, определяющий момент касания режущего инструмента с заготовкой, содержащий систему перемещения режущего инструмента, механическую систему определения момента касания с рычажным механизмом, кинематически связанным с системой перемещения, на которой установлена шкала определения геометрических параметров касания.

Недостатками этого устройства являются низкая точность, сложность конструкции, недостаточная надежность работы, слабая

интеграция с другими видами металлорежущих станков.

В качестве прототипа выбран датчик касания, содержащий корпус, в котором на трех полусферических опорах находится имеющая шесть степеней свободы подпружиненная пластина, в которой установлен щуп, измерительный блок, имеющий электромагнит, создающий электромагнитное поле, через которое проходит щуп, причем электромагнитное поле вызывает колебания щупа, которые нарушаются в момент касания щупом объекта измерения, что регистрируют измерительным преобразователем, подключательным преобразованием, подключенным к передающему устройству сигнала касания, выполненному в виде инфракрасного излучателя и приемника излучения. Регистрируемый сигнал касания

VJ

Ьь

О

ю

00

со

подают в систему управления металлорежущим станком.

Недостатком этого устройства является низкая точность работы вследствие недостаточной жесткости щупа датчика. Кроме того, невозможно определить дистанцию до объекта измерения, что влечет за собой снижение быстродействия работы измерительной системы.

Цель изобретения - повышение точности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике касания, содержащем источник питания, измерительный блок с установленным в нем щупом, передающий блок, приемный блок и соединенный с ним блок обработки, измерительный блок выполнен в виде измерительного генератора, смесителя, опорного генератора соединенного с первым входом смесителя, второй вход которого соединен с выходом измерительного генератора, выход смесителя соединен с входом передающего блока; блок обработки выполнен в виде последовательно соединенных первого аналогового компаратора, первого счетчика, RS-триггера. второго аналогового, третьего, четвертого и пятого цифровых компараторов, второго и третьего счетчиков, генератора опорных импульсов и блока индикации, R-вход триггера соединен с выходом первого аналогового компаратора, выход генератора опорных импульсов соединен со счетными входами второго и третьего счетчиков, управляющие входы которых соединены с выходом второго аналогового компаратора, первый выход второго счетчика соединен с входом четвертого цифрового компаратора, второй выход с первым входом пятого цифрового компаратора, выход третьего счетчика соединен с третьим цифровым компаратором и вторым входом пятого цифрового компаратора, выход которого соединен с первым входом блока индикации, первый выход третьего цифрового компаратора соединен с вторым входом блока индикации, второй выход третьего цифрового компаратора соединен с входом генератора опорных импульсов, выход четвертого цифрового компаратора соединен с третьим входом блока индикации, четвертый вход которого соединен с первым выходом RS-триггера, второй выход которого соединен с пятым входом блока индикации, выход приемного блока соединен с входом первого и второго аналоговых компараторов.

На чертеже приведена схема устройства.

Датчик касания содержит щуп 1, установленный в измерительном блока 2, линию 3 связи, блок 4 обработки информации.

Измерительный блок 2 содержит два ге- нератора, опорный 6 и измерительный 5, выходы которых подключены к смесителю 7. Выход смесителя 7 подключен к линии связи 3, содержащей передающий блок 8, связанный с приемным блоком 9. Измери0 тельный блок2 содержиттакже автономный источник 10 питания, подключенный ко всем элементам измерительного блока.

Выход приемного устройства 9 подключен к входам аналоговых компаратора 11 и

5 компаратора 12, Выход первого компаратора 11 подключен к первому счетчику 13 и к RS-триггеру 14. Выход второго компаратора 12 подключен к двум счетчикам 15, 16. Выход генератора опорных импульсов 17 под0 ключей к входам счетчиков 15 и 16, выход третьего счетчика 16 соединен с входом третьего цифрового компаратора 19. Второй выход третьего цифрового компаратора 19 подключен к входу генератора 17 опср5 ных импульсов. Выходы второго и третьего счетчиков 15, 16 соединены с соответствующими входами пятого цифрового компаратора 20. Выходы цифровых компараторов 19, 20 включают в соответствующие входы

0 системы ЧПУ металлорежущего станка 21. Выход четвертого цифрового компаратора 18 соединен с входом блока 22 индикации и с входом системы ЧПУ 21. Выходы RS-триггера 14также соединены с входами блока 22

5 индикации и системы ЧПУ 21 для регистрации измеряемых параметров.

Датчик касания работает следующим образом.

Щуп 1 измерительного блока 2 соединя0 ют с измерительным генератором 5, частота которого изменяется в зависимости от расстояния между вершиной щупа 1 и поверхностью контролируемой детали или заготовки.

5 Опорный генератор 6, расположенный в измерительном блоке 2, формирует сигнал постоянной частоты f0, подаваемый на вход смесителя 7. На второй вход смесителя 7 поступает сигнал измерительного генерато0 ра т, являющийся функцией измеряемого расстояния. Разность частот сигналов от генераторов 5 и 6 - f поступает на передающее устройство 8, установленное на выходе измерительного блока 2. Передающее уст5 ройство 8 формирует сигнал, воспринимаемый приемным устройством 9 блока обработки 4. Параметры сигнала, формируемого измерительным блоком 2, зависят от расстояния между щупом 1 и деталью. Сигнал поступает на входы первого и второго

аналоговых компараторов 11, 12, где преобразуется в последовательность прямоугольных импульсов. Выходной сигнал первого компаратора 11 поступает на R-вход первого счетчика 13 и на R-вход RS-триггера 14. В этом случае, когда касание еще не наступило прямоугольные импульсы, устанавливают RS-триггер 14 в позицию регистрации состояния холостого хода устройства, что соответствует засветке индикатора холостого хода в блоке 22 индикации и сигнала на входе системы ЧПУ станка 21.

В момент касания происходит срыв генерации измерительного генератора и на выходе первого аналогового компаратора 11 исчезают импульсы запирающие первый счетчик 13 и RS-триггер 14. При этом импульсы, формируемые опорным генератором 17, появляются на выходе первого счетчика 13 и поступают на вход RS-триггера 14, переводят его в состояние фиксации касания, с одновременной индикацией в блоке 22 индикации и передачей сигнала касания в систему ЧПУ станка 21. Второй аналоговый компаратор 12 преобразует выходной сигнал приемного устройства 9 в прямоугольные импульсы, которые поступают на входы второго счетчика 15, измеряющего ресурс источника 10 питания и третьего счетчика 16, измеряющего дистанцию между щупом 1 и деталью. Генератор 17 опорных импульсов формирует импульсы определенной длительности с постоянной частотой следования, которые поступают на вход второго счетчика 15. При этом происходит заполнение входного прямоугольного импульса импульсами опорного генератора 17 во втором счетчике 15. Выходной сигнал второго счетчика 15 поступает на четвертый цифровой компаратор 18, где имеется предустановка готовности. Выходной сигнал четвертого цифрового компаратора 18. регистрирующего рабочий ресурс источника 10 питания, поступает на входы системы ЧПУ станка 21 и соответствующий световой индикатор блока 22 индикации. Ресурс батареи измеряется перед началом работы датчика при большом расстоянии между щупом и деталью, в режиме работа датчика этот сигнал не учитывается. Третий счетчик 16 осуществляет заполнение прямоугольного импульса большой длительности поступающего с выхода второго аналогового компаратора 12 поступающими от опорного генератора прямоугольными импульсами. Сигнал с выхода третьего счетчика 16 поступает на вход третьего цифрового компаратора 19, соединенного с опорным генератором 17. В третьем цифровом компараторе 19 предусмотрена предустановка сигнала величины дистанции. В том случае, когда измеряемое расстояние между щупом 1 и деталью (или заготовкой) будет менее величины предустановки, формируется выходной сигнал третьего цифрового компаратора 19, изменяющий длительность импульса опорного генератора 17, изменяя тем самым цену деления дистанции, что фиксируется двоич0 ным кодом, поступающим на соответствующие входы системы ЧПУ станка 21. выходы счетчиков 15, 16 соединяют с пятым цифровым компаратором 20 сигнала присутствия. Пятый цифровой компаратор 20 формирует

5 выходной сигнал только при поступлении ранее сигнала о пригодности источника 10 питания. Сигнал присутствия появляется в том случае, когда величина измеряемого расстояния достигает величины предусмот0 рены пятого цифрового компаратора 20, Система ЧПУ станка 21 и блок 22 индикации содержит входы для сигнала присутствия, поступающего от пятого цифрового компаратора 20.

5Таким образом, датчик касания позволяет регистрировать момент касания щупом 1 детали (или заготовки); сигнал присутствия, т.е. достижение измеряемого расстояния определенной величины; сигнал

0 пригодности источника питания 10; измерять величину дистанции щуп-деталь.

Преимуществами предлагаемого датчика касания по сравнению с прототипом является повышение точности работы

5 устройства в 1.6 раза за счет выполнения электронной системы блока обработки информации и измерительного блока датчика. Формула изобретения Датчик касания, содержащий источник

0 питания, измерительный блок с установленным в нем щупом, передающий блок, приемный блок и соединенный с ним блок обработки, отличрхэщийся тем. что, с целью повышения точности, измеритель5 ный блок выполнен в виде измерительного генератора смесителя, опорного генератора, соединенного с первым входом смесителя, второй вход которого соединен с выходом измерительного генератора, выход

0 смесителя соединен с входом передающего блока, блок обработки выполнен в виде последовательно соединенных первого аналогового компаратора, первого счетчика, RS-триггера. второго аналогового, третьего,

5 четвертого и пятого цифровых компараторов, второго и третьего счетчиков, генератора опорных импульсов и блока индикации, R-вход триггера соединен с выходом первого аналогового компаратора, выход генератора опорных импульсов соединен со

счетными входами второго и третьего счетчиков, управляющие входы которых соединены с выходом второго аналогового компаратора, первый выход второго счетчика соединен с входом четвертого цифрового компаратора, второй выход- с первым входом пятого цифрового компаратора, выход третьего счетчика соединен с третьим цифровым компаратором и с вторым входом пятого цифрового компаратора, выход которого соединен с первым входом блока индикации, первый выход третьего цифрового

компаратора соединен с вторым входом блока индикации, второй выход третьего цифрового компаратора соединен с входом генератора опорных импульсов, выход четвертого цифрового компаратора соединен с третьим входом блока индикации, четвертый вход которого соединен с первым выходом RS-триггера, второй выход которого соединен с пятым входом блока индикации, выход приемного блока соединен с входом первого и второго аналоговых компараторов.

Изобретение относится к измерительной технике и может использовано для измерения размеров обрабатываемой детали при механообработке на металлорежущих станках, для измерения размеров заготовок, а также готовых изделий. Датчик касания содержит корпус с установленным в нем измерительным блоком с контрольным щупом, подключенным к линии связи передающее - приемное устройство, в измерительном блок включены два генератора, подключенные к смесителю и к передающему устройству, к выходу приемного устройства подключены входы двух компараторов связанных со счетчиками и с триггере i, счетчики подключены к цифровым компараторам и к генератору опорных импульсе, цифровые компараторы подключены к предустановке кода, а выходы компараторов и триггера предназначены для включения в ЧПУ станка и световые индикаторы. 1 ил. (Л С